ES2553447T3 - Lámina de intercambiador de calor con zona de contorneo - Google Patents
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Abstract
Lámina (30) para intercambiador de calor (50), estando destinada la citada lámina (30) a ser apilada con otra lámina (30) de un intercambiador de calor (50) para formar un par de láminas (30) dispuestas para permitir, entre las citadas láminas (30), la circulación de un fluido que haya que refrigerar, presentando la lámina (30) una zona, denominada de intercambio (ZE), destinada a favorecer el intercambio de calor con el fluido y una zona, denominada de contorneo (ZBP), susceptible de permitir al fluido contornear la citada zona de intercambio, comprendiendo la citada lámina (30) además medios (36, 37) que salen de la lámina (30) configurados de modo que fuerzan una circulación del fluido en la zona de intercambio (ZE) y presentándose la citada lámina (30) en forma de una placa que comprende dos bordes aguas arriba y aguas abajo y que comprende, en la zona de contorneo, un orificio de admisión (32) de un fluido de refrigeración y un orificio de recogida (34) del citado fluido de refrigeración, caracterizada por que los medios (36, 37) que salen de la lámina (30) comprenden un tabique aguas arriba (36) que se extiende desde el borde aguas arriba de la lámina (30) y configurado de modo que bloquea la circulación del fluido a nivel del orificio de admisión (32) y/o un tabique aguas abajo (37) desde el borde aguas abajo de la lámina (30) y configurado de modo que bloquea la circulación del fluido a nivel del orificio de recogida (34).
Description
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DESCRIPCION
Lamina de intercambiador de calor con zona de contorneo
La invencion concierne a una lamina de intercambiador de calor de un vehnculo automovil, a un haz de laminas de tal intercambiador y a un intercambiador de calor provisto de un haz de este tipo. Esta concierne en particular al ambito de los refrigeradores de aire de sobrealimentacion. Una lamina de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 es conocida por el documento FR 2855604.
Se conoce un motor de vehnculo automovil que comprende un turbocompresor y denominado motor turbocomprimido. Para funcionar, tal motor turbocomprimido puede ser alimentado por un sistema de admision de aire o por un sistema de admision de una mezcla de aire y de gases de escape recogidos en el escape del motor, denominados gases de escape recirculados. En lo que sigue, se entendera por aire de sobrealimentacion del motor tanto el aire que proviene de un sistema de admision de aire como a la mezcla que proviene de un sistema de admision de una mezcla de aire y de gases de escape recirculados.
Con el objetivo de aumentar la densidad del aire de sobrealimentacion del motor, es conocido por la tecnica anterior refrigerar el citado aire de sobrealimentacion por medio de un intercambiador de calor, denominado tambien refrigerador de aire de sobrealimentacion (RAS).
En primer lugar, se han utilizado principalmente refrigeradores de aire de sobrealimentacion de tipo tubos e intercalares que permiten un intercambio de calor entre el aire de sobrealimentacion que circula por los tubos y un flujo de aire que proviene del exterior del vetnculo, que circula entre los tubos.
Se han propuesto igualmente intercambiadores de calor que comprenden un haz formado por un apilamiento de laminas superpuestas, que permiten un intercambio de calor entre el aire de sobrealimentacion y un fluido de refrigeracion, en general lfquido. Una lamina se presenta en forma de una placa rectangular alargada que comprende dos orificios pasantes. Las laminas apiladas forman alternativamente canales de circulacion para el aire de sobrealimentacion que haya que refrigerar y canales de circulacion para el fluido de refrigeracion.
El aire de sobrealimentacion que haya que refrigerar entra en el intercambiador de calor por una de las caras laterales, denominada cara aguas arriba, de modo que circule por los canales de circulacion para el aire de sobrealimentacion que haya que refrigerar para ser refrigerado por contacto con las laminas situadas encima y debajo por las cuales circula el fluido de refrigeracion. El aire de sobrealimentacion refrigerado sale despues del intercambiador por la cara lateral opuesta, denominada cara aguas abajo. Los terminos « aguas arriba » y « aguas abajo » designan tambien en lo que sigue de la descripcion, respectivamente, la entrada y la salida del flujo de aire de sobrealimentacion en el haz del intercambiador de calor.
A fin de hacer circular el fluido de refrigeracion en el intercambiador, canales de admision y de recogida del fluido de refrigeracion estan dispuestos en una parte del haz. Las laminas comprenden asf bordes levantados, alrededor de cada uno de sus dos orificios, que se extienden perpendicularmente al plano de la lamina de modo que forman estos canales de admision y de recogida del fluido de refrigeracion cuando las laminas son apiladas.
La parte del haz del intercambiador que corresponde a los canales de admision y de recogida del fluido de refrigeracion no participa sin embargo en el intercambio de calor. Se observa asf una zona de intercambio destinada a favorecer el intercambio de calor con el fluido y una zona que permite al fluido contornear la citada zona de intercambio, denominada zona de contorneo, correspondiente a la zona en la cual estan formados los canales de admision y de recogida del fluido de refrigeracion. De modo mas particular, los espacios situados alrededor de los orificios permiten la circulacion de aire de sobrealimentacion no, o insuficientemente, refrigerado de aguas arriba hacia aguas abajo del haz, lo que presenta inconvenientes mayores en terminos de rendimiento termico.
Se conoce un dispositivo 10, ilustrado por la figura 1, que comprende una pared 12 anadida a la cara lateral aguas arriba 14 del intercambiador y que permite impedir a una parte del flujo de aire de sobrealimentacion entrar en el haz del intercambiador a nivel de la zona de contorneo. Sin embargo, un dispositivo de este tipo no es satisfactorio, especialmente por razones de montaje.
A fin de mejorar la situacion, la invencion concierne a una lamina para intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que la misma comprende ademas medios que salen de la lamina configurados de modo que fuercen una circulacion del fluido en la zona de intercambio.
Se crea asf la zona de contorneo por medios que salen de la lamina. Estos medios son creados por tanto durante la fabricacion de la lamina y por tanto no estan destinados a ser anadidos al haz como era el caso en las soluciones anteriores.
Preferentemente, los medios que salen de la lamina se extienden perpendicularmente al plano de la lamina. Tal configuracion facilita la circulacion del fluido hacia la zona de intercambio.
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La lamina se presenta en forma de una placa que comprende dos bordes aguas arriba y aguas abajo y que comprenden, en la zona de contorneo, un orificio de admision de un fluido de refrigeracion y un orificio de recogida del citado fluido de refrigeracion, comprendiendo los medios que salen de la lamina un tabique aguas arriba que se extiende desde el borde aguas arriba de la lamina y configurado de modo que bloquea la circulacion del fluido a nivel del orificio de admision y/o un tabique aguas abajo que se extiende desde el borde aguas abajo de la lamina y configurado de modo que bloquea la circulacion del fluido a nivel del orificio de recogida.
De acuerdo con un aspecto de la invencion, las longitudes del tabique aguas arriba y/o del tabique aguas abajo son identicas o superiores a la mayor dimension de los orificios segun la direccion de los bordes aguas arriba y/o aguas abajo. Asf, la integridad del fluido que haya que refrigerar es dirigida hacia la zona de intercambio, lo que hace el intercambiador de calortodavfa mas eficaz.
De acuerdo con otro aspecto de la invencion, la lamina es rectangular y presenta dos bordes largos y dos bordes cortos, definiendo los citados bordes largos los citados bordes aguas arriba y aguas abajo, estando el orificio de admision y el orificio de recogida perforados en una zona proxima a uno de los bordes cortos.
De acuerdo con un aspecto de la invencion, los tabiques aguas arriba y aguas abajo son paralelos.
De acuerdo con un aspecto de la invencion, los tabiques aguas arriba y aguas abajo presentan un borde distal oblicuo.
De acuerdo con otro aspecto de la invencion, los medios que salen de la lamina comprenden un tabique central que se extiende entre el orificio de admision y el orificio de recogida.
La invencion concierne tambien a un haz que comprende una pluralidad de laminas tales como las definidas anteriormente apiladas una sobre otra de modo que dos laminas adyacentes, que forman un par, definen un canal de circulacion para el fluido que haya que refrigerar y dos laminas de dos pares diferentes y adyacentes forman un canal de circulacion para el fluido de refrigeracion.
De acuerdo con un aspecto de la invencion, los tabiques de dos laminas de un mismo par de laminas se solapan.
Ventajosamente, un turbulador esta dispuesto entre dos laminas de un mismo par de laminas de manera que favorece el intercambio de calor entre el fluido que haya que refrigerar y el fluido de refrigeracion, comprendiendo el citado turbulador una altura sensiblemente identica a la de los tabiques.
La invencion concierne tambien a un intercambiador de calor que comprende un haz tal como el definido anteriormente.
Otras caractensticas y ventajas de la invencion se pondran de manifiesto durante la descripcion que sigue en relacion con las figuras anejas dadas a tttulo de ejemplos no limitativos. Referencias identicas se dan a objetos semejantes.
La figura 1, ya comentada, es una vista desde arriba de una lamina conocida de un haz de un intercambiador de calor.
La figura 2 es una vista en perspectiva, parcialmente en despiece ordenado, de un intercambiador de calor conocido. La figura 3 es una vista en perspectiva de una lamina de acuerdo con la invencion.
La figura 4 es una vista en perspectiva de un par de laminas de acuerdo con la invencion entre las cuales esta insertado un turbulador.
La figura 5 es un vista parcial en corte transversal de un par de laminas de acuerdo con la invencion que muestra la superposicion de un tabique de una de las laminas con un tabique de la otra lamina.
La figura 6 es una vista en perspectiva de un intercambiador de calor que comprende una pluralidad de pares de laminas de acuerdo con la invencion.
La figura 7 es una vista parcial en perspectiva de un par de laminas de acuerdo con la invencion que comprende un tabique entre los orificios de admision y de recogida del lfquido de refrigeracion.
La figura 2 representa un intercambiador de calor 20 conocido con un haz 21 de laminas conocidas. Se observara que las laminas de acuerdo con la invencion pueden ser utilizadas en un intercambiador de este tipo en lugar de las laminas conocidas.
Un intercambiador de calor 20 de este tipo permite el intercambio de calor entre un fluido que haya que refrigerar y un fluido de refrigeracion. En lo que sigue de la descripcion, el fluido que haya que refrigerar es el aire. Esto no es limitativo del alcance de la presente invencion en la que, en otro tipo de intercambiador de calor, el fluido que haya que refrigerar podna ser otro gas.
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El intercambiador de calor 20, ilustrado en la figura 2, comprende:
- una pared superior 22 que comprende un conducto de admision 23a de un fluido de refrigeracion y un conducto de recogida 23b del citado lfquido de refrigeracion,
- dos paredes laterales 24a y 24b,
- una cara lateral aguas arriba abierta (no visible) y una cara lateral aguas abajo abierta 26,
- una pared inferior, y
- un haz 21 que comprende una pluralidad de pares de laminas 25 apiladas una sobre otra entre la pared inferior y la pared superior 22.
Un haz 21 de este tipo permite un intercambio de calor entre el aire de sobrealimentacion y el fluido de refrigeracion, en general lfquido. Para esto, las laminas 25 apiladas forman alternativamente canales de circulacion para el aire de sobrealimentacion que haya que refrigerar y canales de circulacion para el fluido de refrigeracion. De modo mas preciso, dos laminas 25 de un mismo par forman un canal de circulacion para el aire de sobrealimentacion que haya que refrigerar y dos laminas 25 de pares diferentes y adyacentes, forman un canal de circulacion para el fluido de refrigeracion.
A fin de hacer circular el fluido de refrigeracion entre las laminas 25 del haz 21 del intercambiador 20, dos canales de admision y de recogida del fluido de refrigeracion estan dispuestos en una parte del haz 21.
El conducto de admision 23a y el conducto de recogida 23b del intercambiador 20 permiten respectivamente la admision y la recogida del fluido de refrigeracion en los canales de circulacion del fluido de refrigeracion.
A fin de admitir el aire que haya que refrigerar, una carcasa de admision 28 del aire que haya que refrigerar puede estar montada en la cara lateral aguas arriba abierta del intercambiador de calor 20. Asimismo, a fin de recoger el aire refrigerado por su paso entre las laminas del intercambiador de calor 20, una carcasa colectora 29 del aire refrigerado puede estar montada en la cara lateral aguas abajo abierta 26 del intercambiador de calor 20.
Asf, el fluido de refrigeracion penetra en el intercambiador de calor por el conducto de admision, circula por el canal de admision, circula entre los pares de laminas apiladas en los canales de circulacion del fluido y despues abandona el intercambiador por el canal de recogida y el conducto de recogida.
A fin de eliminar una parte de los inconvenientes de la tecnica anterior ya citados, la invencion concierne a una lamina 30 de un haz para intercambiador de calor, ilustrada en la figura 3. Tal lamina 30 se presenta aqrn en forma de una placa rectangular, alargada, que se extiende en un plano P segun un eje longitudinal X y que comprende una cara superior (31a), una cara inferior (no visible), dos extremidades 31b y 31c, un orificio de admision 32 del fluido de refrigeracion y un orificio de recogida 34 del fluido de refrigeracion, dispuestos en una zona proxima a una 31b de las extremidades de la lamina 30. La lamina presenta una forma de cubeta (invertida en la figura 3), comunicando los orificios de admision 32 y de recogida 34 con el fondo de la cubeta para definir uno o unos canales de circulacion de fluido de refrigeracion.
La lamina 30 comprende, alrededor del orificio de admision 32 del fluido de refrigeracion, un borde 33 que se extiende perpendicularmente al plano P de la lamina 30. Asimismo, la lamina 30 comprende, alrededor del orificio de recogida 34 del fluido de refrigeracion, un borde 35 que se extiende perpendicularmente al plano P de la lamina 30. Los bordes 33 y 35 permiten formar respectivamente el canal de admision y el canal de recogida del fluido de refrigeracion, perpendiculares al plano P de la lamina, a lo largo de la altura del haz formado por el apilamiento de laminas 30.
La lamina 30 presenta una zona, denominada de intercambio, ZE destinada a favorecer el intercambio de calor entre el aire y el fluido de refrigeracion y una zona, denominada de contorneo ZBP, susceptible de permitir al aire contornear la citada zona de intercambio ZE.
En la lamina 30 de acuerdo con la invencion ilustrada en la figura 3, medios que salen de la lamina estan configurados de modo que fuerzan una circulacion del fluido en la zona de intercambio ZE. Estos se presentan aqrn en la forma:
- de un tabique aguas arriba 36 de longitud L que se extiende desde el borde de la lamina 30, sustancialmente perpendicularmente al plano P de la lamina 30, a nivel del orificio 32 segun un eje perpendicular al eje longitudinal de la lamina 30. y
- de un tabique aguas abajo 37 de longitud L que se extiende desde el borde de la lamina 30, sustancialmente perpendicularmente al plano P de la lamina 30 a nivel del orificio 34 segun un eje perpendicular al eje longitudinal de la lamina 30.
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La zona de contorneo ZBP se extiende asf entre el tabique aguas arriba 36 y el tabique aguas abajo 37. La zona de intercambio se extiende sobre el resto de la lamina 30. Y el paso del aire a nivel de la citada zona de contorneo ZBP esta bloqueado.
Dos laminas 30 de acuerdo con la invencion pueden ser ensambladas una a la otra, como ilustra la figura 4, en un par de laminas 30 de modo que forman un canal de circulacion para el flujo de aire F que haya que refrigerar. De modo mas preciso, una lamina 30 tal como la lustrada en la figura 3 puede ser invertida y dispuesta sobre otra lamina 30 no invertida, tal como la ilustrada en la figura 3 de modo que forman el citado par. Se observara que el tamano de los bordes 33 y 35 que se extienden desde el contorno de los orificios perpendicularmente al plano P de la lamina 30 puede ser diferente entre las dos laminas de un mismo par de laminas de modo que estos sean complementarios y se encajen para formar los canales de admision y de recogida cuando las dos laminas estan ensambladas en un par.
Como ilustra la figura 4, un intercalar interno o turbulador 40 puede ser insertado por ejemplo antes del ensamblaje, entre dos laminas 30 de un par de laminas 30. Tal turbulador 40 permite mejorar el intercambio de calor.
La zona de contorneo ZBP esta definida sustancialmente por el espacio creado entre el tabique aguas arriba 36, el tabique aguas abajo 37 y las dos laminas 30 ensambladas en un par de laminas 30. La zona de intercambio ZE esta definida sustancialmente, entre las dos laminas 30 ensambladas en un par de laminas 30, por el espacio de circulacion del aire, en el cual esta insertado el turbulador 40.
Como ilustra la figura 5, que es una vista en corte transversal perpendicular al eje longitudinal X de la lamina 30 de un par de laminas 30 ensambladas, las extremidades distales 36' y 37', respectivamente de los tabiques 36 y 37, pueden estar configuradas de modo que los tabiques 36 y 37 se superpongan, se solapen se encajen facilmente.
Con este objetivo, los tabiques 36 y 37 pueden por ejemplo presentar bordes distales oblicuos. En la figura 5, la extremidad distal 36' esta curvada hacia el interior del espacio definido por el ensamblaje de dos laminas 30 y la extremidad distal 37' esta curvada hacia el exterior del espacio definido por el ensamblaje de dos laminas 30. Asf, cuando las dos laminas son superpuestas para ser ensambladas en un par de laminas 30, las curvaturas opuestas de las extremidades distales 36' y 37' hacen facil el ensamblaje de las dos laminas 30.
Con el mismo objetivo, los tabiques 36 y 37 de una misma lamina 30 no son simetricos con respecto al eje longitudinal X de la citada lamina 30. Asf, cuando dos laminas 30 de un mismo par de laminas esten enfrentadas una a la otra, estando una de las laminas girada 180° alrededor del eje longitudinal X con respecto a la otra, el tabique 36 de una de las laminas se encuentra desplazado, segun la direccion de los lados pequenos de las laminas 30, con respecto al tabique 37 de la otra lamina, lo que facilita su solapamiento.
Como ilustra la figura 6, cuando el par de laminas 30 esta montado en un intercambiador de calor 50, el flujo de aire F atraviesa el haz 52, entre cada par de laminas 30 que definen un canal de circulacion de aire que haya que refrigerar, de aguas arriba a aguas abajo, de modo que sea refrigerado por el fluido de refrigeracion que circula, en cada canal de circulacion del fluido de refrigeracion, entre las laminas 30 de dos pares diferentes.
Los tabiques 36 y 37 que constituyen una misma pieza con la lamina 30 forman, por apilamiento de las laminas 30, una pared aguas arriba (no visible) que permite bloquear el flujo de aire F a nivel de la cara lateral aguas arriba del intercambiador de calor 50 y una pared aguas abajo 54 que permite bloquear el flujo de aire F a nivel de la cara lateral del intercambiador de calor 50. Las paredes aguas arriba y aguas abajo 54 impiden por tanto la circulacion de aire a nivel de la zona de contorneo del haz. La zona de intercambio ZE esta definida entre las porciones aguas arriba y aguas abajo del haz que estan abiertas a la circulacion del aire que haya que refrigerar.
En la figura 6, se observara que el conducto de admision 23a y el conducto de recogida 23b estan parcialmente representados, esto por razones de claridad, y que se ve la pared inferior 51 del intercambiador de calor 50.
En la forma de realizacion descrita, los medios que salen de la lamina configurados de modo que fuerzan una circulacion del fluido en la zona de intercambio ZE estan dispuestos tanto en la cara aguas arriba como en la cara aguas abajo 26 del intercambiador de calor 50. En otro modo de realizacion de la invencion, los medios que salen de la lamina podnan estar dispuestos por ejemplo solamente en la cara aguas arriba del intercambiador de calor 50.
En una forma de realizacion ilustrada en la figura 7, la lamina 70 comprende un tabique central que se extiende entre el orificio de admision 74 y el orificio de recogida 76 que forman los canales de circulacion para el fluido de refrigeracion. Este tabique central forma aqrn una misma pieza con las dos laminas 70a y 70b y comprende dos rebordes levantados 71a y 71b que se extienden sustancialmente perpendicularmente a las laminas 70a y 70b de modo que bloquean el flujo de aire entre la zona de intercambio ZE y la zona de contorneo ZBP. El tabique central comprende ademas rebordes levantados 72a y 72b para aumentar el bloqueo del flujo entre la zona de intercambio ZE y la zona de contorneo ZBP entre los orificios de admision 74 y el orificio de recogida 76.
En esta figura se visualizara por otra parte la forma de cubeta 73 de la lamina 70b, dispuesta para guiar el fluido de refrigeracion entre el orificio de admision 74 y el orificio de recogida 76.
Ventajosamente, las laminas 30 como el resto del haz son de metal, por ejemplo de aluminio y/o aleaciones de aluminio.
Claims (11)
- 510152025303540REIVINDICACIONES1. Lamina (30) para intercambiador de calor (50), estando destinada la citada lamina (30) a ser apilada con otra lamina (30) de un intercambiador de calor (50) para formar un par de laminas (30) dispuestas para permitir, entre las citadas laminas (30), la circulacion de un fluido que haya que refrigerar, presentando la lamina (30) una zona, denominada de intercambio (ZE), destinada a favorecer el intercambio de calor con el fluido y una zona, denominada de contorneo (ZBP), susceptible de permitir al fluido contornear la citada zona de intercambio, comprendiendo la citada lamina (30) ademas medios (36, 37) que salen de la lamina (30) configurados de modo que fuerzan una circulacion del fluido en la zona de intercambio (ZE) y presentandose la citada lamina (30) en forma de una placa que comprende dos bordes aguas arriba y aguas abajo y que comprende, en la zona de contorneo, un orificio de admision (32) de un fluido de refrigeracion y un orificio de recogida (34) del citado fluido de refrigeracion, caracterizada por que los medios (36, 37) que salen de la lamina (30) comprenden un tabique aguas arriba (36) que se extiende desde el borde aguas arriba de la lamina (30) y configurado de modo que bloquea la circulacion del fluido a nivel del orificio de admision (32) y/o un tabique aguas abajo (37) desde el borde aguas abajo de la lamina (30) y configurado de modo que bloquea la circulacion del fluido a nivel del orificio de recogida (34).
- 2. Lamina de acuerdo con la reivindicacion 1, en la cual los medios (36, 37) que salen de la lamina (30) se extienden perpendicularmente a un plano (P) de la lamina (30).
- 3. Lamina de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en la cual la lamina (32) es rectangular y presenta dos bordes largos y dos bordes cortos, definiendo los bordes largos los citados bordes aguas arriba y aguas abajo, estando el orificio de admision (32) y el orificio de recogida (34) perforados en una zona proxima a uno de los bordes cortos.
- 4. Lamina de acuerdo con la reivindicacion 3, en la cual las longitudes (L) del tabique aguas arriba (36) y/o del tabique aguas abajo (37) son identicos o superiores a la mayor dimension de los orificios (32, 34) segun la direccion de los bordes largos.
- 5. Lamina de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la cual los tabiques aguas arriba (36) y aguas abajo (37) son paralelos.
- 6. Lamina de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la cual los tabiques aguas arriba y aguas abajo (36, 37) presentan un borde distal oblicuo.
- 7. Lamina de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la cual los medios que salen de la lamina comprenden alternativa o acumulativamente un tabique central (71a, 71b) que se extiende entre el orificio de admision (74) y el orificio de recogida (76).
- 8. Haz (52) de laminas que comprende una pluralidad de laminas (30, 70a, 70b), de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, apiladas una sobre otra de modo que las dos laminas (30, 70a, 70b) adyacentes, que forman un par, definen un canal de circulacion para el fluido que haya que refrigerar y que dos laminas (30, 70a, 70b) de dos pares diferentes y adyacentes forman un canal de circulacion para el fluido de refrigeracion.
- 9. Haz de acuerdo con la reivindicacion precedente, en la cual los tabiques (36, 37) de dos laminas (30, 70) de un mismo par de laminas se solapan.
- 10. Haz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 o 9, en el cual un turbulador (40) esta dispuesto entre dos laminas (30, 70a, 70b) de un mismo par de laminas (30, 70) de manera que favorece el intercambio de calor entre el fluido que haya que refrigerar y el fluido de refrigeracion, comprendiendo el citado turbulador (40) una altura sensiblemente identica a la de los tabiques (36, 37, 71a, 71b).
- 11. Intercambiador de calor (50) que comprende un haz (52) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 10.
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